(57)【要約】      （修正有）【課題】被加工物にレーザー光線を照射することにより被加工物の内部に形成された変質層を確実に確認することができるレーザー加工された変質層の確認装置を提供する。【解決手段】被加工物に対して透過性を有するレーザー光線を照射することにより被加工物の内部に形成された変質層を確認する確認装置であって、被加工物を保持する被加工物保持手段３６と、被加工物保持手段に保持された被加工物に対して透過性を有する光線を被加工物の照射面に対して所定角度で照射する光線照射手段４と、光線照射手段から照射され被加工物の内部に透過した光を受光する受光手段５と、受光手段によって受光された光の状態を表示する表示手段７とを具備している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に対して透過性を有するレーザー光線を照射することにより被加工物の内部に形成された変質層を確認する確認装置であって、
被加工物を保持する被加工物保持手段と、
該被加工物保持手段に保持された被加工物に対して透過性を有する光線を被加工物の照射面に対して所定角度で照射する光線照射手段と、
該光線照射手段から照射され被加工物の内部に透過した光を受光する受光手段と、
該受光手段によって受光された光の状態を表示する表示手段と、を具備する、
ことを特徴とするレーザー加工された変質層の確認装置。
【請求項２】
該光線照射手段および該受光手段と該被加工物保持手段を所定の走査送り方向に相対移動せしめる走査送り手段を具備している、請求項１記載のレーザー加工された変質層の確認装置。
【請求項３】
該光線照射手段は赤外レーザー光線を照射する、請求項１又は２記載のレーザー加工された変質層の確認装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物に形成された分割予定ラインに沿って被加工物に対して透過性を有するレーザー光線を照射することにより被加工物の内部に分割予定ラインに沿って形成された変質層を確認する確認装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路を形成する。そして、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
【０００３】
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の分割予定ラインに沿った切断は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる切削送り手段とを具備している。切削手段は、回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードおよび回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を備えたスピンドルユニットを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって基台に固定し厚さ２０μｍ程度に形成されている。
【０００４】
しかるに、サファイヤ基板、炭化珪素基板等はモース硬度が高いため、上記切削ブレードによる切断は必ずしも容易ではない。更に、切削ブレードは２０μｍ程度の厚さを有するため、デバイスを区画する分割予定ラインとしては幅が５０μｍ程度必要となる。このため、例えば大きさが３００μｍ×３００μｍ程度のデバイスの場合には、分割予定ラインの占める面積比率が大きく、生産性が悪いという問題がある。
【０００５】
一方、近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する赤外光領域のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平２００３−８８９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パルスレーザー光線を照射して内部に変質層を形成した被加工物を分割予定ラインに沿って確実に分割するためには、被加工物の内部の所定位置に確実に変質層が形成されていなければならない。しかるに、被加工物の内部の所定位置にパルスレーザー光線の集光点が位置付けられずにパルスレーザー光線を照射した場合には、被加工物の内部の所定位置に変質層を形成することができない。被加工物の内部に形成された変質層は外部から確認することができないため、被加工物の内部に変質層が形成されていない被加工物に対して、分割予定ラインに沿って外力を加えると被加工物が破損するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、被加工物にレーザー光線を照射することにより被加工物の内部に形成された変質層を確実に確認することができるレーザー加工された変質層の確認装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物に対して透過性を有するレーザー光線を照射することにより被加工物の内部に形成された変質層を確認する確認装置であって、
被加工物を保持する被加工物保持手段と、
該被加工物保持手段に保持された被加工物に対して透過性を有する光線を被加工物の照射面に対して所定角度で照射する光線照射手段と、
該光線照射手段から照射され被加工物の内部に透過して反射した光を受光する受光手段と、
該受光手段によって受光された光の状態を表示する表示手段と、を具備する、
ことを特徴とするレーザー加工された変質層の確認装置が提供される。
【０００９】
上記光線照射手段および上記受光手段と上記被加工物保持手段を所定の走査送り方向に相対移動せしめる走査送り手段を具備していることが望ましく、また、上記光線照射手段は赤外レーザー光線を照射することが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるレーザー加工された変質層の確認装置は上記のように構成されているので、被加工物の内部に形成され外部から確認することができない変質層を確実に確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図７には、被加工物としてのシリコン基板からなる半導体ウエーハ１０の斜視図が示されている。図７に示す半導体ウエーハ１０は、表面１０ａに複数の分割予定ライン１１が格子状に形成されているとともに該複数の分割予定ライン１１によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路１２が形成されている。この半導体ウエーハ１０の内部に分割予定ライン１１に沿って変質層を形成するレーザー加工方法について、図８を参照して説明する。
【００１２】
半導体ウエーハ１０の内部に分割予定ライン１１に沿って変質層を形成するには、図８に示すようにレーザー加工装置のチャックテーブル２０上に半導体ウエーハ１０を裏面１０ｂを上にして載置し、該チャックテーブル２０上に半導体ウエーハ１０を吸着保持する。チャックテーブル２０上に半導体ウエーハ１０を吸着保持したならば、図示しない赤外線アライメント手段により分割予定ライン１１を裏面１０ｂ側から検知し、図８の（ａ）で示すようにチャックテーブル２０をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段の集光器２１が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン１１の一端（図８の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段の集光器２１の直下に位置付ける。そして、集光器２１から半導体ウエーハ１０に対して透過性を有するパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル２０即ち半導体ウエーハ１０を図８の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図８の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段の集光器２１の照射位置が分割予定ライン１１の他端（図８の（ｂ）において右端）の位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル２０即ち半導体ウエーハ１０の移動を停止する。このこのレーザー加工においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の内部の所定位置に合わせることにより、半導体ウエーハ１０の内部に分割予定ライン１１に沿って変質層１１０が形成される。この変質層１１０は、溶融再固化層として形成される。
【００１３】
なお、上記レーザー加工における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー        ：波長１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数  ：１００ｋＨｚ
パルス幅        ：２５ｎｓ
ピークパワー密度：３．２×１０１０Ｗ／ｃｍ２  
集光スポット径  ：φ１μｍ
加工送り速度    ：１００ｍｍ／秒
【００１４】
上述したようにウエーハ１０に形成された所定方向の分割予定ライン１１に沿ってレーザー加工を実施したならば、チャックテーブル２０またはレーザー光線照射手段を分割予定ライン１１の間隔だけ図８において紙面に垂直な方向に割り出し送りし、上述したレーザー加工を実施する。そして、所定方向に形成された全ての分割予定ライン１１に沿って上記レーザー加工を実施したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に形成された分割予定ライン１１に沿って上記レーザー加工を実施することにより、半導体ウエーハ１０の内部に全ての分割予定ライン１１に沿って変質層１１０を形成することができる。なお、半導体ウエーハ１０の表面１０ａに形成された分割予定ライン１１の上面に低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）やテスト  エレメント
グループ（Ｔｅｇ）が形成されていない場合には、半導体ウエーハ１０の表面１０ａからパルスレーザー光線を照射して変質層１１０を形成してもよい。
【００１５】
上述したように半導体ウエーハ１０の内部に分割予定ライン１１に沿って形成された変質層１１０は、外部から確認することができない。従って、半導体ウエーハ１０の内部の所定位置に確実に変質層１１０が形成されているか否かを確認する必要がある。以下、被加工物の内部にレーザー加工された変質層を確認するための確認装置について、図１を参照して説明する。
【００１６】
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工された変質層の確認装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工された変質層の確認装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、該チャックテーブル機構３に保持された被加工物に被加工物に対して透過性を有する光線を照射する光線照射手段４と、該光線照射手段４から照射され被加工物の内部に透過して反射した光を受光する受光手段５と、制御手段６および表示手段７を具備している。
【００１７】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料によって構成されており、このチャックテーブル３６上に被加工物である例えば半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。また、チャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６の上方には、図示しない赤外線アライメント手段が配設されている。
【００１８】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す割り出し送り方向に移動させるための割り出し送り手段３７を具備している。割り出し送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
【００１９】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す走査送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す走査送り方向に移動させるための走査送り手段３８を具備している。走査送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す走査送り方向に移動せしめられる。
【００２０】
上記光線照射手段４と受光手段５は、上記チャックテーブル機構３の一対の案内レール３１、３１に沿って上記チャックテーブル３６を挟んで対向して配設されている。即ち、光線照射手段４と受光手段５は、矢印Ｙで示す走査送り方向と直交する方向に対向して配設されている。
【００２１】
上記光線照射手段４は、被加工物に対して透過性を有する光線を照射するように構成されている。ここで、被加工物に対して透過性を有する光線について説明する。図２は、半導体ウエーハの材料として用いられるシリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム（ＩｎＰ）の結晶の光透過率を示すグラフであり、横軸が光の波長で縦軸が透過率を示している。図２から判るように、上述したいずれの材料も、波長が１〜１０μｍの赤外線領域で高い透過率である。従って、被加工物として上記材料が用いられている場合には、光線照射手段４は波長が１〜１０μｍの赤外線や赤外レーザー光線を照射するようにすればよい。図示の実施形態においては、光線照射手段４は単一波長レーザー光線をスポット径４００μｍで照射する波長１．３μｍＬＤまたは波長１．５μｍＬＤの光源を備えている。このように構成された光線照射手段４は、図３で示すようにチャックテーブル３６に保持された被加工物であるウエーハ１０の照射面（上面）に対して所定角度θ（１０〜４５度）をもって赤外レーザー光線を照射する。
【００２２】
上記受光手段５は、赤外線撮像素子（赤外線ＣＣＤ）を備えており、受光面が図３で示すようにチャックテーブル３６に保持されたウエーハ１０の照射面（上面）に対して赤外レーザー光線を照射する角度θと同じ角度θをもって配設されている。従って、上記光線照射手段４から照射された赤外レーザー光線は、被加工物であるウエーハ１０の内部に透過し界面（下面）で反射して受光手段５によって受光される。このようにして光線照射手段４から照射された赤外レーザー光線の反射光を受光した受光手段５は、受光した光度に対応した電気信号を出力する。この受光手段５から出力された電気信号は、上述した図１に示す制御手段６に送られる。この制御手段６は入力した電気信号に基づいて画像処理等の所定の処理を実行し表示手段７に表示する。
【００２３】
図示の実施形態におけるレーザー加工された変質層の確認装置は以上のように構成されており、以下図１、図４乃至図６を参照して説明する。
上述したようにレーザー加工が施され分割予定ライン１１に沿って内部に変質層が形成された半導体ウエーハ１０は、図１に示す確認装置のチャックテーブル３６上に裏面１０ｂを上にして載置し、該チャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸着保持する。なお、半導体ウエーハ１０を保持したチャックテーブル３６は、半導体ウエーハ１０に格子状に形成された分割予定ライン１１が図１においてＸで示す割り出し方向およびＹで示す走査方向に対して平行および直角になるように図示しない赤外線アライメント手段によって検出されアライメントされる。チャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸着保持したならば、チャックテーブル３６を図１で示す走査領域に移動し、図４で示すように所定の分割予定ライン１１の一端（図４において左端）を光線照射手段４と対向する位置に位置付ける。
【００２４】
次に、図５に示すように光線照射手段４から赤外レーザー光線４１をチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に向けて所定の入射角θをもって照射するとともに、走査送り手段３８を作動してチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ１０を図４において矢印Ｙ１で示す方向に所定の走査速度で移動せしめる。光線照射手段４から照射された赤外レーザー光線４１は、図５に示すように半導体ウエーハ１０の照射面（上面）から内部に透過し界面（下面）で反射し、反射光４２が半導体ウエーハ１０の内部を通って照射面（上面）から所定の反射角θをもって受光手段５の受光面に向けて出ていく。この反射光４２が受光手段５によって受光される。しかるに、半導体ウエーハ１０の内部に形成された変質層１１０を通過する反射光４２ａは、回析する。即ち、変質層１１０は上述したように溶融再固化層となっているので、他の部分と結晶構造が異なっており光が回析する。従って、変質層１１０を通過する反射光４２ａは受光手段５によって受光されない領域が生じ、受光手段５は図５において破線で示す範囲が受光しない。このようにして、受光手段５によって受光した光は電気信号に変換されて制御手段６に送られる。制御手段６は、受光手段５から送られた電気信号に基づいて画像処理を行い表示手段７にその画像を表示する。
【００２５】
図６は表示手段７に表示される画像の一例を示している。
図６において濃く表された領域１１０ａは上記変質層１１０を示しており、濃く表された領域１１０ａの上下方向は変質層１１０の厚さを示している。このように半導体ウエーハ１０の内部に変質層１１０が形成されているか否かを確実に確認することができるとともに、変質層１１０の厚さも確認することができる。なお、図６において濃く表された領域１１０ａが直線状でなく曲線状をなしているのは、変質層１１０が厚さ方向の所定位置に均一の形成されていないことを示している。以上のように、変質層の有無や変質層の厚さおよび半導体ウエーハのうねり等の不良箇所を確認することにより、場合により再加工を行ったり、不良分析等を効果的に実施することができる。
【００２６】
以上、本発明を図示の実施形態の基づいて説明したが本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形が可能である。例えば図示の実施形態においては受光手段５を光線照射手段４による赤外レーザー光線を照射する角度θと同じ角度θをもって配設した例をしめしたが、受光手段５を上述した赤外レーザー光線が回析する方向に配設し、回析した赤外レーザー光線を受光するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明によって構成されたレーザー加工された変質層の確認装置の斜視図。
【図２】半導体ウエーハの材料の光透過率を示すグラフ。
【図３】図１に示すレーザー加工された変質層の確認装置に装備される光線照射手段および受光手段と被加工物との位置関係を示す説明図。
【図４】図１に示すレーザー加工された変質層の確認装置による走査状態を示す説明図。
【図５】光線照射手段から照射された光線および反射光線を示す説明図。
【図６】被加工物の内部の画像を示す説明図。
【図７】被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。
【図８】図７に示す半導体ウエーハの内部に変質層を形成するレーザー加工の説明図。
【符号の説明】
【００２８】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：割り出し送り手段
３８：走査送り手段
４：光線照射手段
５：受光手段
６：制御手段
７：表示手段
１０：半導体ウエーハ（被加工物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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